Basi di Dati Spaziali

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1 degli Studi Basi di Dati Spaziali Introduzione ai Geographical Information Systems (GIS) Alessandra Chiarandini - Lezione 3

2 La Classificazione dell Informazione Territoriale Introduzione ai GIS A. Chiarandini 22

3 Tassonomia dell Informazione Territoriale Informazione Territoriale di Base Tematica Componente Spaziale Attributi Componente Spaziale Attributi Introduzione ai GIS A. Chiarandini 33

4 Informazione Territoriale di Base L informazione territoriale di base comprende: cartografie di base (solo componente geometrica); elementi naturali del territorio (morfologia, idrografia, vegetazione); elementi artificiali del territorio (edificato, viabilità, reti tecnologiche); limiti amministrativi; elementi per posizionare informazioni descrittive (per esempio il numero civico, a cui fanno riferimento molte informazioni a cui si può risalire velocemente se il numero stesso è inserito all interno dell informazione territoriale). E predominante la componente geometrica Introduzione ai GIS A. Chiarandini 44

5 Le Cartografie di Base Carte Numeriche Ortofoto Digitali Immagini Satellite IGM: orografia ( ), toponimi (25.000), cartografia raster a colori ( ) e modello digitale di elevazione. ISTAT: limiti amministrativi comunali del 1991 ( 1:25.000), località abitate del 1991 (nuclei e toponomastica) ( 1:25.000), sezioni di censimento del 1991 (1:25.000) Regione: carte tecniche numeriche (1:25.000, 1:10.000, 1:5.000) AIMA: ortofoto digitali in bianco/nero CGR: programma TerraItaly IT Ortofoto a colori (1:10.000) TeleAtlas, Navtech, Seat: grafi stradali Comuni: carte tecniche numeriche (1:2.000, 1:1.000, 1:500), ortofoto digitali con scale superiori al 1: Ministero delle Finanze: cartografia catastale Le cartografie di base possono essere anche in formato convenzionale cartaceo Introduzione ai GIS A. Chiarandini 55

6 Informazione Territoriale di Base Realizzazione è compito del settore pubblico Indipendente dagli scopi per cui è stata acquisita Indipendente dall organizzazione che l ha acquisita Costosa da acquisire e da mantenere aggiornata Esiste per parte del territorio E solo parzialmente in forma digitale L accuratezza temporale è l unico valore non adeguato Costituisce le Geometrie di sfondo si tratta, ad esempio, delle geometrie della cartografia di base che fungono, appunto, da sfondo per le rappresentazioni tematiche. Gli elementi sono corredati dalle sole informazioni di tipo geometrico (coordinate xy ed, eventualmente, quota s.l.m.) Introduzione ai GIS A. Chiarandini 66

7 Ortofoto Digitale Introduzione ai GIS A. Chiarandini 77

8 Immagini da Satellite Introduzione ai GIS A. Chiarandini 88

9 Cartografia Numerica Introduzione ai GIS A. Chiarandini 99

10 Carta Tecnica Numerica Introduzione ai GIS A. Chiarandini 10 10

11 Alcune Considerazione Cartografiche Scale metriche e scale simboliche La scala di rappresentazione 1: può essere assunta come soglia nel passaggio dalle scale di tipo: metrico: il rapporto di scala fra gli elementi viene rispettato nella maggioranza dei dettagli a quelle di tipo: simbolico: per esigenze di rappresentazione, il rapporto di scala fra gli elementi può venire alterato Introduzione ai GIS A. Chiarandini 11 11

12 Alcune Considerazione Cartografiche Leggibilità della rappresentazione L opportunità o meno di cartografare un oggetto/elemento della realtà dipende anche dalla possibilità di percepirlo distintamente nell ambito della rappresentazione cartografica. Un parametro determinante, quindi, è quello della soglia di percettibilità visiva del segno grafico. Tale soglia è stato rilevato essere pari a 0,2-0,3 mm grafici. Introduzione ai GIS A. Chiarandini 12 12

13 Alcune Considerazione Cartografiche Convenzioni di rappresentazione In cartografia gli elementi vengono rappresentati secondo grafie (simbologie grafiche) di rappresentazione comuni ad una classe di elementi. Le convenzioni di rappresentazione sono definite nell ambito di specifici repertori cartografici e costituiscono un riferimento (riportato nella Legenda) per la interpretazione della carta medesima. Introduzione ai GIS A. Chiarandini 13 13

14 Un Esempio Albero isolato tettoia Limite di bosco Edificio civile Introduzione ai GIS A. Chiarandini 14 14

15 Verso la Cartografia Tematica La rappresentazione cartografica rende omogenei e metricamente confrontabili oggetti ed elementi sostanzialmente diversi. Riduce cioè le proprietà degli elementi (materia, funzione, valore...) ad una dimensione unica, quella spaziale, permettendo di pesarli con la medesima unità di misura. E infatti altrettanto rilevante conoscere la pendenza o il fondo di una strada, per valutarne i tempi di percorrenza, che non la semplice lunghezza. Ciò mette in evidenza come l informazione in merito agli elementi del territorio, per essere esaustiva ed efficace, deve prendere in considerazione anche proprietà diverse da quella spaziale/formale. Introduzione ai GIS A. Chiarandini 15 15

16 Verso la Cartografia Tematica Non tutte le proprietà degli elementi, quindi, possono essere comunicate/trasmesse (carto)graficamente, ovvero attraverso il semplice disegno della geometria che raffigura la loro forma. E necessario fornire informazioni aggiuntive in merito a quegli oggetti, riuscire cioè, in qualche misura, a DESCRIVERLI. Si ricorre alla descrizione quando la semplice rappresentazione non è sufficiente a fornire le informazioni necessarie in merito ad un determinato insieme di oggetti/aspetti del territorio. Descrivere significa documentare, in varie modalità, la forma, le proprietà e le caratteristiche degli elementi che appartengono al contesto esaminato. Introduzione ai GIS A. Chiarandini 16 16

17 L Informazione Territoriale Tematica Potremmo tradurre il termine inglese Applied maps con la definizione Carte applicative. Un Carta tematica, o applicativa, è una rappresentazione che evidenzia, graficamente, aspetti e caratteristiche degli elementi territoriali che vanno oltre la semplice rappresentazione geometrica della realtà fisica. Si parla di Carta Tematica in quanto essa si riferisce ad un particolare ambito applicativo, ad un argomento, cioè ad un tema... Le carte tematiche offrono, per loro natura, una visione di sintesi di determinati aspetti del territorio. Introduzione ai GIS A. Chiarandini 17 17

18 Alcuni Esempi: Carte Tematiche rappresentazione degli edifici distinti per numero di piani... Introduzione ai GIS A. Chiarandini 18 18

19 Alcuni Esempi: Carte Tematiche rappresentazione degli edifici distinti per funzione al piano terra Introduzione ai GIS A. Chiarandini 19 19

20 Un Esempio di PRGC Introduzione ai GIS A. Chiarandini 20 20

21 La Specificità dei GIS La fondamentale caratteristica degli strumenti GIS è quella di consentire una gestione contestuale delle due componenti del dato geografico: la componente geometrica/spaziale (linee, punti, poligoni, aree..) la componente descrittiva (testi, indici, immagini etc.) Introduzione ai GIS A. Chiarandini 21 21

22 Cenni di Cartografia Introduzione ai GIS A. Chiarandini 22 22

23 La Cartografia Per Cartografia si intende la disciplina che studia le modalità di rappresentazione della superficie curva della terra e dei fenomeni da essa correlati su una superficie piana - la carta Introduzione ai GIS A. Chiarandini 23 23

24 La Superficie di Riferimento Al fine della rappresentazione cartografica si sostituisce alla superficie fisica della Terra, complessa e non rappresentabile numericamente, una superficie matematica approssimante detta GEOIDE. Il Geoide è una superficie che in un qualsiasi punto risulta sempre perpendicolare alla direzione della forza di gravità. Il geoide è la superficie equipotenziale del campo gravitazionale Introduzione ai GIS A. Chiarandini 24 24

25 L Elissoide Approssimare la terra al geoide non basta... La forma del geoide dipende puntualmente dalla direzione della verticale e la determinazione della sua espressione analitica richiederebbe la conoscenza della densità della terra in ogni punto. La superficie regolare che meglio approssima il Geoide è quella di un ellissoide di rotazione di equazione: (X 2 +Y 2 )/a 2 + Z 2 /b 2 = 1 Introduzione ai GIS A. Chiarandini 25 25

26 I Parametri dell Elissoide Lo scostamento massimo fra Geoide e Ellissoide è di ca. 400 m. a è il semiasse maggiore o equatoriale dell ellissoide; b è il semiasse minore; un altro parametro dell ellissoide è l eccentricità e, dove: e 2 =(a 2 -b 2 )/a 2 oppure lo schiacciamento s=(a-b)/a Introduzione ai GIS A. Chiarandini 26 26

27 I Principali Elissoidi I parametri degli ellissoidi più utilizzati sono: Bessel (1841) a= m s=1/299.2 Clarke (1880) a= m s=1/293.5 Helmert (1906) a= m s=1/298.3 Hayford(1909) a= m s=1/297.0 Krassovsky(1942) a= m s=1/298.3 WGS84 (1984) a= m s=1/298.3 Introduzione ai GIS A. Chiarandini 27 27

28 Il Sistema di Riferimento Geocentrico La posizione di un punto rispetto ad un sistema si può restituire in due modi: X, Y, Z: coordinate cartesiane rispetto al centro della terra. ϕ, λ, h: coordinate geografiche ϕ: (latitudine) è l angolo formato dalla verticale per il punto con il piano equatoriale dell ellissoide; λ: (longitudine) è l angolo formato fra il piano contenente la verticale per il punto e passante per l asse di rotazione dell ellissoide e un piano di riferimento (meridiano fondamentale Greenwich). Introduzione ai GIS A. Chiarandini 28 28

29 Il Concetto di Datum Per minimizzare l approssimazione posso far coincidere il geoide con l elissoide (ovvero la normale al campo di gravità con la perpendicolare all elissoide) in un particolare punto detto punto di emanazione. Si stabilisce inoltre una direzione di emanazione per bloccare il sistema di riferimento dell elissoide. Questo vuol dire ORIENTARE un elissoide. Italia - Datum Roma40 Elissoide di Hayford Punto di emanazione Monte Mario Direzione Monte Soratte Introduzione ai GIS A. Chiarandini 29 29

30 Dalla Rappresentazione Geografica alla Cartografia La proiezione cartografica governa il trasferimento dei punti sulla superficie terrestre su un piano opportunamente scelto. La superficie terrestre che deve essere rappresentata sulla carta è l ellissoide. Un punto della superficie terrestre verrà quindi prima individuato sull ellissoide e dopo proiettato sul piano della carta. Vi è quindi una prima approssimazione per aver considerato la superficie terrestre come un elissoide. Successivamente l ellissoide, al contrario delle superfici cilindrica e conica, non è sviluppabile sul piano senza l introduzione di deformazioni sugli elementi proiettati. Introduzione ai GIS A. Chiarandini 30 30

31 Tipi di Proiezione I principali tipi di proiezione sono: proiezioni prospettiche; proiezioni per sviluppo. Introduzione ai GIS A. Chiarandini 31 31

32 La Proiezione Introduzione ai GIS A. Chiarandini 32 32

33 Proiezioni Prospettiche Nelle proiezioni prospettiche la superficie di riferimento è un piano tangente all ellissoide in un punto. Si distinguono: proiezioni prospettiche ortografiche quando il punto di vista è all infinito; proiezioni prospettiche scenografiche quando il punto di vista è situato sulla retta perpendicolare al punto di tangenza ad una distanza da questo compresa fra il punto diametralmente opposto al centro di proiezione e l infinito; Introduzione ai GIS A. Chiarandini 33 33

34 Proiezioni per Sviluppo Nelle proiezioni per sviluppo la superficie di riferimento è un cilindro o un cono che, in genere, interseca (oppure ne è tangente) la superficie dell ellissoide lungo un meridiano e/o parallelo. Il centro di proiezione nella maggior parte dei casi coincide con il centro dell ellissoide e giace sull asse del cilindro o del cono. Introduzione ai GIS A. Chiarandini 34 34

35 Proiezioni per Sviluppo Le principali proiezioni per sviluppo sono: DIRETTA se l asse della superficie di riferimento coincide con l asse principale dell ellissoide. In questo caso normalmente la deformazione è nulla all equatore e cresce andando verso i poli; Introduzione ai GIS A. Chiarandini 35 35

36 Proiezioni per Sviluppo INVERSA se l asse della superficie di riferimento è ortogonale all asse principale dell ellissoide. In questo caso normalmente la deformazione è nulla lungo il meridiano centrale di tangenza ed è funzione solo della longitudine; Introduzione ai GIS A. Chiarandini 36 36

37 Le Rappresentazioni Si parla di Rappresentazione di una superficie su un altra quando si stabilisce una corrispondenza biunivoca fra i punti delle due superfici. Ad ogni punto dell ellissoide di coordinate geografiche (f,l) sarà associato un punto della carta di coordinate cartesiane (x,y). Introduzione ai GIS A. Chiarandini 37 37

38 Rappresentazione di Mercatore E costruita imponendo le seguenti condizioni: l equatore si rappresenta in retta e le distanze sono conservate lungo il suo sviluppo; i meridiani sono rette perpendicolari all equatore; E una pseudocilindrica diretta. Introduzione ai GIS A. Chiarandini 38 38

39 Rappresentazione di Gauss E costruita imponendo le seguenti condizioni: il meridiano centrale si rappresenta in retta; le distanze sono conservate lungo di esso; E una pseudocilindrica inversa. Introduzione ai GIS A. Chiarandini 39 39

40 Rappresentazione di Gauss Viene detta rappresentazione inversa o trasversa di Mercatore, da cui la sigla UTM (Universal Transverse Mercatore projection). Per ridurre le deformazioni il globo non viene rappresentato interamente ma su fusi di ampiezza 6. Il parallelo equatoriale risulta perpendicolare al meridiano centrale di ogni fuso. Italia rappresentata dai fusi 32, 33, 34 Introduzione ai GIS A. Chiarandini 40 40

41 Rappresentazione di Gauss Considerando la zona ai limiti del fuso alle nostre latitudini, avremo che l=3 e f=45, da cui deriva che il modulo di deformazione lineare è di ca 1+7.3x10-4. Questo implica che, su una distanza di 10 Km, esiste una deformazione di 7.3 m, che equivalgono a 0.28 mm alla scala 1:25000 e 0.73 mm alla scala 1: Visto l entità di tale valore, è stato adottato l artificio di moltiplicare per le coordinate ovvero geometricamente il cilindro di proiezione è secante e non tangente al meridiano centrale.. Introduzione ai GIS A. Chiarandini 41 41